游惠明

廈門精合電氣自動(dòng)化有限公司，福建廈門，361000

0 引言

在社會(huì)發(fā)展不斷提速的背景下，社會(huì)各界對(duì)電能的需求逐漸趨于多樣化，影響電子電路穩(wěn)定性和可靠性的因素也越來越多，良好的抗干擾措施逐漸成為群眾重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。在現(xiàn)有防護(hù)體系中實(shí)現(xiàn)抗干擾、抗浪涌沖擊等具有較強(qiáng)的技術(shù)難度，工作人員需要在日常工作中不斷總結(jié)電子電路中常見的干擾問題，明確浪涌產(chǎn)生的原因，針對(duì)性地制定解決措施，以便于更好地服務(wù)群眾。

1 抑制空間電磁場(chǎng)的干擾

空間電磁場(chǎng)的干擾主要體現(xiàn)為多種渠道產(chǎn)生的電磁波，市面上常見的電子設(shè)備會(huì)因?yàn)殡娫措娏鲾?shù)值波動(dòng)較大或電荷異常情況，進(jìn)而產(chǎn)生安全隱患，而且上述情況在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中還會(huì)形成異常電磁場(chǎng)，進(jìn)而引發(fā)電磁干擾問題。對(duì)此相關(guān)人員會(huì)針對(duì)性地采取防范措施，安裝外部防護(hù)裝置或涂抹防護(hù)材料，也有先利用其他材料將工器具整體包圍的做法，后續(xù)再利用完善的接地措施，將金屬外殼作為導(dǎo)體引導(dǎo)異常的電離子流向大地，避免電流相互之間產(chǎn)生電磁感應(yīng)，最后演變成強(qiáng)電磁波。

2 提高電源系統(tǒng)的抗干擾能力

電源結(jié)構(gòu)在向系統(tǒng)執(zhí)行電力供應(yīng)工藝時(shí)，也會(huì)將其噪聲耦合到系統(tǒng)電源上，這種現(xiàn)象對(duì)電路運(yùn)行穩(wěn)定性有非常惡劣的負(fù)面影響，故而科研人員經(jīng)過多年的實(shí)踐驗(yàn)證和理論分析后發(fā)現(xiàn)，確保系統(tǒng)電源穩(wěn)定供應(yīng)是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行，避免受到外部因素影響，提升電力供應(yīng)穩(wěn)定性的重要渠道。為了有效提升防護(hù)能力，減少異常情況，技術(shù)人員通常會(huì)選擇在交流電源上增加電源濾波器，讓其附近頻率成分通過設(shè)備控制在合理范圍內(nèi)，若出現(xiàn)高頻率異常情況，可以利用儀器設(shè)備完成頻率衰減，進(jìn)一步抑制干擾和噪聲。

3 提升信號(hào)傳輸強(qiáng)度及干擾抵抗能力

進(jìn)一步提升信號(hào)傳輸通道的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗干擾能力，避免接收信息和實(shí)際情況出現(xiàn)異常誤差或信號(hào)傳遞不穩(wěn)的現(xiàn)象，因?yàn)檫@些都會(huì)導(dǎo)致電子電路無(wú)法正常工作。通常情況下，技術(shù)人員會(huì)通過以下幾點(diǎn)措施來進(jìn)行抗干擾，加強(qiáng)信號(hào)傳輸通道的穩(wěn)定性。

3.1 利用光電耦合器和電子濾波器

當(dāng)信號(hào)傳輸設(shè)備需要執(zhí)行相關(guān)工藝輸出信號(hào)時(shí)，利用光電隔離措施可以將微處理器和信號(hào)傳輸通道隔離開來，有效避免干擾信號(hào)的入侵，確保電路板工藝約束的前提下，能夠穩(wěn)定運(yùn)行，不會(huì)出現(xiàn)輸入信號(hào)誤差或高噪聲區(qū)信號(hào)誤入等現(xiàn)象。

3.2 負(fù)載阻抗匹配措施

采用負(fù)載阻抗匹配措施，減少信號(hào)傳輸過程中可能出現(xiàn)的畸形變化。一旦信號(hào)傳輸過程中出現(xiàn)異常狀況，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)明顯的應(yīng)激反應(yīng)，甚至?xí)p壞設(shè)備，進(jìn)而引發(fā)信號(hào)出現(xiàn)畸形變化，不僅會(huì)造成系統(tǒng)噪聲，更會(huì)導(dǎo)致整條信號(hào)鏈出現(xiàn)破損，導(dǎo)致信號(hào)接收設(shè)備無(wú)法獲取到準(zhǔn)確的指令，后續(xù)工藝也無(wú)法正常開展。當(dāng)工作人員按照應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處理時(shí)，可以讓原有異常的工作參數(shù)趨于平穩(wěn)，有效規(guī)避可能出現(xiàn)的短路等危害。

3.3 合理利用雙絞線設(shè)施

由于線路本身容易受客觀因素的影響，其中最常見的就是電阻值等參數(shù)會(huì)受信號(hào)傳輸異常狀態(tài)的影響。一旦此時(shí)需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，其隱患的影響力會(huì)逐漸增加，其分布情況以及工藝執(zhí)行數(shù)值會(huì)受客觀因素的影響而產(chǎn)生變化，此時(shí)很可能會(huì)出現(xiàn)信號(hào)干擾情況。為阻止這一現(xiàn)象，可使用對(duì)應(yīng)的雙絞線設(shè)施，進(jìn)一步提升信息傳輸通道的穩(wěn)定性，避免異常情況頻繁出現(xiàn)。

3.4 抑制共模、差模干擾

綜合上述多種情況皆無(wú)法解決時(shí)，工作人員可以在信號(hào)傳輸過程中對(duì)二者的干擾形式進(jìn)行抑制，并根據(jù)其各自的概念來調(diào)整抑制方式，合理調(diào)控工作指標(biāo)，確保信號(hào)穩(wěn)定，減少不必要的風(fēng)險(xiǎn)問題。但考慮到差模干擾的來源比較廣泛，最常見的是電源和線路之間出現(xiàn)電感應(yīng)耦合情況，當(dāng)所處地址和被檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)數(shù)值沖突時(shí)，耦合情況便會(huì)隨之出現(xiàn)，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)線路難以正常運(yùn)行，且電源線輸出時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)會(huì)共同抑制共模電流的穩(wěn)定性，提升其干擾危害。對(duì)此，工作人員可以在信號(hào)線路或電源接口處增加簡(jiǎn)單的低通濾波電路，利用合理的電感和電容組合方式，確保信號(hào)線和接地裝置不會(huì)產(chǎn)生異常干擾，電流將電感串聯(lián)在要濾波的信號(hào)線上，保障整體傳輸線路的穩(wěn)定性。

4 對(duì)自激與消除現(xiàn)象進(jìn)行處理

工作人員需要明確，高頻自激振蕩主要是由于在安裝過程中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到影響或線路分布存在不合理情況，導(dǎo)致能源輸出量不穩(wěn)定，輸出線路和接口輸入線路距離異常，進(jìn)而導(dǎo)致電流出現(xiàn)正反饋?zhàn)饔??；诖?，設(shè)備在安裝和調(diào)試過程中，為了確保每個(gè)元器件的布局科學(xué)合理，且能按照預(yù)期方案縮短線路跨越的長(zhǎng)度，可適當(dāng)進(jìn)行高頻數(shù)值分析，通過啟用對(duì)應(yīng)的處理方式，用低壓放大器對(duì)高頻電信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)處理，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的故障問題。另外，還要關(guān)注電阻異?，F(xiàn)象。這種情況通常會(huì)出現(xiàn)在因電池使用時(shí)間過長(zhǎng)而輸入及輸出電壓出現(xiàn)相應(yīng)變化，從而形成的惡性循環(huán)體系，且在電荷離子異常游離過程中，便會(huì)出現(xiàn)震蕩情況，最常規(guī)的消除方法就是加入電源去耦電路，消除相互之間的影響。

5 電浪涌現(xiàn)象的及時(shí)處理

電浪涌是短時(shí)間之內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)高電壓電流沖擊的異常情況，這類隱患問題出現(xiàn)頻率較低，可一旦發(fā)生就會(huì)對(duì)電子元器件造成極為嚴(yán)重的破壞，輕則會(huì)導(dǎo)致電路出現(xiàn)誤動(dòng)作或局部地區(qū)出現(xiàn)輕微零件損傷，重則會(huì)導(dǎo)致核心零部件直接出現(xiàn)永久性破壞，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)等安全事故，危害工作人員生命財(cái)產(chǎn)安全?；诖?，科研人員近些年也從未停止過相應(yīng)的防范體系研究，時(shí)至今日已經(jīng)建立了許多應(yīng)對(duì)方案，具體情況如下。

（1）針對(duì)集成電路開關(guān)工作時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流，集成電路在輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)，其電流瞬間數(shù)值會(huì)產(chǎn)生很大的變化，由于其具有很高的頻率成分，會(huì)導(dǎo)致周圍的電容受到抑制。例如曾有某企業(yè)的電子設(shè)備在實(shí)際工作過程中，由于人員操作失誤，導(dǎo)致部分設(shè)備的運(yùn)行數(shù)值出現(xiàn)誤差，使整個(gè)集成電路在工作時(shí)未能進(jìn)行良好的數(shù)值測(cè)算，導(dǎo)致設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間處于異常運(yùn)行狀態(tài)，開關(guān)處產(chǎn)生大量的浪涌電流，但經(jīng)過自動(dòng)化設(shè)備的探測(cè)，及時(shí)向工作人員做了預(yù)警。技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，在集成電路旁嫁接一個(gè)0.1F左右的電容，使得現(xiàn)場(chǎng)電流趨于穩(wěn)定，有效避免了一場(chǎng)嚴(yán)重的安全事故。

（2）上述情況主要是由于電路在輸入電流時(shí)起狀態(tài)突然中斷，使得原有的線路中出現(xiàn)一股和正常方向?qū)_的異常電流，進(jìn)而導(dǎo)致電壓隨之變得不穩(wěn)定，為抑制這種情況保護(hù)驅(qū)動(dòng)元器件，技術(shù)人員可以在電桿兩側(cè)并接保護(hù)電路，利用二極管齊納二極管鉗位等防護(hù)設(shè)施的效果完成整個(gè)系統(tǒng)的防護(hù)工作。

（3）接通電容性負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的浪涌電流，這種隱患問題主要是因?yàn)殡娐分虚_關(guān)、電路或功率管驅(qū)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)電容性異常負(fù)載，使得電路輸出端在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)兩端電壓突變、交變電流異常的情況，其危害性和故障原理與正常的電路短路有相似之處。但電容性負(fù)載產(chǎn)生的浪涌電流會(huì)遠(yuǎn)高于正常的短路，其異常的電流會(huì)瞬間對(duì)設(shè)備帶來嚴(yán)重的損傷。為解決這一情況，技術(shù)人員可以在接通電路的瞬間接入一定電阻，電阻值的具體數(shù)額要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)期轉(zhuǎn)化掉部分異常電流后再撤掉，以此來保障系統(tǒng)穩(wěn)定性，避免發(fā)生進(jìn)一步危險(xiǎn)。

6 器件優(yōu)化選擇

積極主動(dòng)地對(duì)接市場(chǎng)，了解新型設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，改善現(xiàn)有的工作體系，引進(jìn)先進(jìn)的儀器設(shè)備，不僅可以減少噪聲的產(chǎn)生，提升電路運(yùn)行的穩(wěn)定性，還可以利用其先進(jìn)的特性和功能來保障現(xiàn)場(chǎng)的安全性和工藝的穩(wěn)定性。例如，實(shí)驗(yàn)表明，在常用的低噪聲電路中，使用金屬膜電阻器可以借助云母和磁介質(zhì)等材料有效防漏電，合理管控電容電解值[1]。從其原理上來看，該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要得益于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，相對(duì)于普通三極管來說，其具有極高的輸入阻抗，不僅噪聲減小，甚至有一定的降噪功能。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾強(qiáng)度極大且存在共模干擾信號(hào)的環(huán)境，使用優(yōu)質(zhì)元器件可以防止老化問題，借助光電耦合器和放大器，可以減少元器件的反饋影響，減少電路輻射情況?；诖?，在選擇相關(guān)處理元器件時(shí)，需要考慮噪聲指標(biāo)對(duì)系統(tǒng)自身的干擾能力，在盡可能滿足性能的前提下，選用頻率更低的設(shè)備來處理，以進(jìn)一步減少干擾現(xiàn)象的危害，控制噪聲的來源。

7 印制電路板的可靠性和抗干擾性設(shè)計(jì)

電路板是由電源線、信號(hào)線、元器件等集成的裝置，其在運(yùn)行過程中難免會(huì)因?yàn)橄嗷ブg的電磁場(chǎng)或電流運(yùn)行情況而產(chǎn)生不同程度的干擾，所以在印制電路板設(shè)計(jì)時(shí)，需要提前制定完善的方案，如圖1所示。

圖1 印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)

7.1 合理設(shè)置導(dǎo)線

導(dǎo)線最小寬度和安裝的間距必須要控制在0.2mm以內(nèi)，在確保線路布置密度符合現(xiàn)場(chǎng)需求后，再適當(dāng)加寬導(dǎo)線的直徑和其間距，但前提都是要確保信號(hào)接收穩(wěn)定，并且核心線路最好要匯聚在電路板中央，盡可能靠近底線，形成更小的電線回路，避免風(fēng)險(xiǎn)。另外，線路在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量避免過長(zhǎng)距離的平行線路，將各個(gè)點(diǎn)位之間連接長(zhǎng)度控制在最短并將拐角設(shè)置為130度左右，切忌形成90度或其他形狀的標(biāo)準(zhǔn)幾何圖形，因?yàn)檫@會(huì)產(chǎn)生大量的耦合電壓[2]。但這些數(shù)值并非完全標(biāo)準(zhǔn)，工作人員需要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的高頻信號(hào)和其他干擾因素進(jìn)行統(tǒng)籌分析，妥善連接信號(hào)線路，縮短引線長(zhǎng)度，最后制定布線方式。在設(shè)置導(dǎo)線時(shí)必須確保其本身的材質(zhì)為優(yōu)等且絕緣設(shè)施完善。在實(shí)際工作過程中，經(jīng)常有技術(shù)人員重視導(dǎo)線的布局路線以及使用長(zhǎng)度，卻沒有切實(shí)對(duì)導(dǎo)線的主體材料以及外部絕緣裝的安裝情況進(jìn)行分析，致使雖然工作人員可以保障線路不會(huì)出現(xiàn)明顯的隱患問題，但絕緣層破損等情況卻有發(fā)生。這類問題雖說只需要對(duì)外部防護(hù)裝置進(jìn)行更換即可解決，可隱患發(fā)生的第一時(shí)間若沒能被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致電源裸露，從而在職工發(fā)生觸碰或?qū)Ь€沾染水漬等情況時(shí)，都有可能引發(fā)嚴(yán)重的短路問題。而且不完善的配套設(shè)施也會(huì)帶來高昂的材料整理費(fèi)用，這也是行業(yè)發(fā)展的一大掣肘。

7.2 合理布置器件

器件布局雖說不是影響電流干擾的主要因素，但如果沒有合理考慮電路結(jié)構(gòu)，并未對(duì)元器件安裝位置進(jìn)行科學(xué)布局，也會(huì)導(dǎo)致電流在輸出過程中相互關(guān)聯(lián)的元器件無(wú)法快速傳遞信號(hào)，從而出現(xiàn)工作頻率異常的情況，且電荷離子的游離也缺少規(guī)范性，很多電流會(huì)跨越較長(zhǎng)的引線達(dá)到下一個(gè)信號(hào)接收設(shè)備中，這樣不僅會(huì)使得工作效率過低，同時(shí)還容易發(fā)生安全隱患。一旦出現(xiàn)短路問題，周圍串聯(lián)的電路都會(huì)受到影響，遠(yuǎn)距離輸送信號(hào)的設(shè)備也會(huì)迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致整體工作受阻[3]。另外，在實(shí)際工作過程中，有很多工作人員經(jīng)常會(huì)忽略電子電路元器件布局問題的重要性，認(rèn)為只要不存在裸露線路相互接觸的情況，便不需要進(jìn)行過于細(xì)致的電路排版,設(shè)備質(zhì)量完好且無(wú)明顯質(zhì)量以及布局問題，便不會(huì)產(chǎn)生過于嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。但現(xiàn)實(shí)情況卻不斷為相關(guān)人員敲響了警鐘，近段時(shí)間，曾有一企業(yè)在生產(chǎn)電子電路時(shí)，已經(jīng)購(gòu)置了符合安全性能的儀器設(shè)備，但在工作過程中，部分同批次零件所組裝的儀器設(shè)備還是出現(xiàn)了故障問題，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生爆燃現(xiàn)象，損失不計(jì)其數(shù)，甚至還出現(xiàn)了人員傷亡。事后相關(guān)人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察和分析后發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)上述情況的主要原因是相關(guān)人員并沒有對(duì)電子電路進(jìn)行合理的布局，在工作過程中，很多游離的電荷離子形成了異常的電磁場(chǎng)，最終導(dǎo)致設(shè)備短路。由此可見，硬件設(shè)備的性能是重要的管理工作，布局問題同樣也不能忽視，否則其會(huì)帶來極其嚴(yán)重的影響[4]。

7.3 接地技術(shù)

合理選用接地技術(shù)，安裝接地系統(tǒng)是減少電磁干擾最重要的方法。正確的選用接地技術(shù)，可以保障電路內(nèi)的電流趨于穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)異常狀態(tài)，并且線路的布局方法也會(huì)使各零件之間的電感效應(yīng)降低，減少異常電流電磁場(chǎng)的影響，但如果信號(hào)工作頻率長(zhǎng)期處于10MHz時(shí)地線阻抗會(huì)變得非常大，此時(shí)就應(yīng)該使用多點(diǎn)接地方式，減少環(huán)流干擾影響。但當(dāng)工作頻率處于1～10MHz時(shí)，就需要采用單點(diǎn)接地方式，避免出現(xiàn)電路相混導(dǎo)致電流異常等情況。但上述工藝的落實(shí)，也需要將每一個(gè)線路和地面的接觸面積擴(kuò)大，并盡可能對(duì)線路進(jìn)行加固、加粗處理，否則很有可能因?yàn)樗矔r(shí)的異常電流變化而導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，其安全性能降低，其危害反而可能提升。另外，接地技術(shù)一直都是電力相關(guān)行業(yè)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，接地不完整所帶來的風(fēng)險(xiǎn)問題多樣且嚴(yán)重，曾有很多企業(yè)因?yàn)榻拥卦O(shè)施不完善引發(fā)了許多安全問題，這不僅會(huì)影響行業(yè)的發(fā)展，更有可能導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工藝的安全性無(wú)法得到保障。眾所周知，我國(guó)十分注重職工人身安全，若安全性不能達(dá)標(biāo)，是無(wú)法通過國(guó)家審批的，其重要性可見一斑[5]。

8 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電子電路的可靠性和抗干擾能力提升是一項(xiàng)囊括多學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)工程，其本身具有極高的技術(shù)難度。但工作人員在實(shí)際設(shè)備調(diào)試和設(shè)計(jì)安裝等過程中，應(yīng)不斷積累經(jīng)驗(yàn)，分析影響現(xiàn)有系統(tǒng)可靠性的因素，以此作為參考，針對(duì)性地制定應(yīng)急體系，并逐漸演變成防護(hù)結(jié)構(gòu)，融入集成化和信息化技術(shù)，進(jìn)而保證電路長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。